ПГ
.pdf
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО Институт Энергетики
Высшая школа атомной и тепловой энергетики
Расчётная работа по дисциплине «Теплогидравлические процессы в ЯЭУ»
"Исследование теплообмена со стенкой в закризисном режиме"
|
Работу выполнил: |
|
Студент гр. 3231401/20101 |
|
Школьников А.С. |
Преподаватель |
|
Парамонова И.Л. |
Санкт-Петербург
2024
Содержание |
|
|
Обозначения ......................................... |
Ошибка! Закладка не определена. |
|
Введение ........................................................................................................ |
|
4 |
1. Оцифровка экспериментальных данных ........................................... |
5 |
|
2. Определение границ областей кипения ............................................. |
9 |
|
2.1. Начало кипения .................................................................................... |
|
9 |
2.2. Режим развитого кипения .................................................................. |
|
9 |
2.3. Расчет гр ............................................................................................ |
|
10 |
2.3.1. Расчет по формуле Сергеева В . В . ................................................ |
10 |
|
2.3.2. Расчет по формуле Конькова А . С . ............................................... |
10 |
|
2.3.3. Расчет по скелетной таблице для граничных паросодержаний |
||
................................................................................................................................. |
|
10 |
2.4. Координаты участков кипения ....................................................... |
|
11 |
3. Определение расходных параметров ................................................ |
11 |
|
4. Определение истинных параметров ................................................. |
14 |
|
4.1. Нормативный метод .......................................................................... |
|
14 |
4.2. Расчет через коэффициент скольжения ........................................ |
16 |
|
4.3. Метод модели потока дрейфа .......................................................... |
|
18 |
4.4. Истинные параметры ........................................................................ |
|
22 |
4.5. Методика Миропольского ................................................................ |
|
24 |
5. Расчет коэффициента теплоотдачи ................................................... |
27 |
|
5.1. Экономайзерный участок ................................................................. |
|
27 |
5.2. Зона поверхностного кипения ......................................................... |
|
28 |
5.3. Участок ухудшенного теплообмена ................................................ |
29 |
|
5.3.1. Итерации по методике З . Л . Миропольского ............................. |
29 |
|
|
|
2 |
5.3.2. Формула О.В. Ремизова ................................................................. |
30 |
5.3.3. Нормативный метод ....................................................................... |
30 |
5.4. Пароперегревательный участок ..................................................... |
31 |
6. Расчет гидравлического сопротивления.......................................... |
33 |
6.1. Нивелирный перепад давления ...................................................... |
33 |
6.2. Потери давления на ускорение ....................................................... |
34 |
6.3. Потери давления на трение.............................................................. |
34 |
6.3.1. Однофазный поток.......................................................................... |
34 |
6.3.2. Гомогенное приближение.............................................................. |
35 |
6.3.3. Реальный двухфазный поток ....................................................... |
36 |
Заключение................................................................................................. |
39 |
3
Введение Рабочим телом термодинамического цикла большинства атомных
электростанций (АЭС), работающих на ядерном топливе, является обычная вода, изменяющая свое агрегатное состояние. Вода превращается в пар,
получая тепловую энергию от «горячего источника», пар отдает часть энергии, проходя через проточную часть турбин, и конденсируется, отдавая тепловую энергию «холодному источнику».
Производство рабочего пара на АЭС осуществляется либо в ядерных реакторах кипящего типа, либо в специальных теплообменных устройствах парогенераторах АЭС. В общем случае парогенераторы АЭС состоят из водоподогревательных (экономайзерных), кипятильных (испарительных) и
пароперегревательных элементов.
Существует большое количество схемных и конструктивных решений па рогенераторов. Один из них– вертикальный прямоточный парогенератор.
Впрямоточном парогенераторе движение рабочего тела на протяжении всего канала принудительное. Именно такой случай рассматривается в расчетной работе.
Цель расчетной работы– освоить методы теплового и гидравлического расчета парогенератора на примере единичного парогенерирующего канала.
Втепловой расчет входит определение истинных и расходных параметров двухфазного потока, температур и коэффициентов теплоотдачи в каждом из участков парогенерирующего канала. Гидравлический расчет отвечает за определение потерь давления в канале
4
1. Оцифровка экспериментальных данных
Таблица 1 – Данные экспериментов
Номера экспериментов |
N |
– |
62 – 67 |
|
Давление |
P |
МПа |
18,00 |
|
Плотность теплового потока |
q |
МВт/м2 |
0,402 – 0,753 |
|
Массовая скорость |
Wm |
кг/(м2с) |
1504 ± 4 |
|
Температура насыщения |
Ts |
°С |
356,99 |
|
Относительная энтальпия в сечении |
xгр |
– |
0,34 |
|
кризиса теплообмена |
||||
|
|
|
||
Максимальная температура внутр. |
Tmax |
°С |
439,2 |
|
поверхности стенки |
||||
|
|
|
||
Недогрев на входе |
Δtнед |
°С |
10 ± 3 |
Рисунок 1 – Оригинальные графики
5
Таблица 2 – Данные 63 эксперимента
Номер эксперимента |
N |
– |
63 |
|
Давление |
P |
МПа |
18,0 |
|
Плотность теплового потока |
q |
МВт/м2 |
0,501 |
|
Температура насыщения |
Ts |
°С |
356,99 |
|
Массовая скорость |
Wm |
кг/(м2с) |
1504 |
|
Относительная энтальпия в сечении |
xгр |
– |
0,34 |
|
кризиса теплообмена |
||||
|
|
|
||
Максимальная температура внутр. |
Tmax |
°С |
439,2 |
|
поверхности стенки |
||||
|
|
|
||
Недогрев на входе |
Δtнед |
°С |
10 |
Таблица 3 – Результаты оцифровки
N |
z, м |
, °С |
H, кДж/кг |
X |
|
|
|
|
|
1 |
0 |
346,9 |
1632,8 |
-0,13 |
2 |
0,109 |
356,6 |
1642,5 |
-0,12 |
3 |
0,191 |
358,1 |
1649,9 |
-0,11 |
4 |
0,295 |
359,6 |
1659,1 |
-0,09 |
5 |
0,377 |
361,1 |
1666,5 |
-0,08 |
6 |
0,501 |
359,6 |
1677,6 |
-0,07 |
7 |
0,605 |
359,6 |
1686,9 |
-0,06 |
8 |
0,708 |
359,6 |
1696,1 |
-0,05 |
9 |
0,832 |
358,1 |
1707,2 |
-0,03 |
10 |
0,914 |
358,1 |
1714,6 |
-0,02 |
11 |
1,018 |
358,1 |
1723,8 |
-0,01 |
12 |
1,100 |
356,6 |
1731,2 |
0,00 |
13 |
1,183 |
358,1 |
1738,6 |
0,01 |
14 |
1,286 |
361,1 |
1747,8 |
0,02 |
15 |
1,390 |
359,6 |
1757,1 |
0,03 |
16 |
1,514 |
359,6 |
1768,2 |
0,05 |
17 |
1,638 |
358,1 |
1779,3 |
0,06 |
18 |
1,741 |
358,1 |
1788,5 |
0,07 |
19 |
1,865 |
358,1 |
1799,6 |
0,09 |
20 |
1,968 |
358,1 |
1808,8 |
0,10 |
21 |
2,072 |
358,1 |
1818,1 |
0,11 |
22 |
2,175 |
358,1 |
1827,3 |
0,12 |
23 |
2,258 |
358,1 |
1834,7 |
0,13 |
24 |
2,340 |
358,1 |
1842,1 |
0,14 |
25 |
2,423 |
359,6 |
1849,5 |
0,15 |
26 |
2,506 |
359,6 |
1856,9 |
0,16 |
27 |
2,568 |
359,6 |
1862,4 |
0,17 |
28 |
2,733 |
359,6 |
1877,2 |
0,19 |
6
N |
z, м |
, °С |
H, кДж/кг |
X |
|
|
|
|
|
29 |
2,816 |
359,6 |
1884,6 |
0,20 |
30 |
2,919 |
359,6 |
1893,8 |
0,21 |
31 |
3,022 |
359,6 |
1903,1 |
0,22 |
32 |
3,084 |
359,6 |
1908,6 |
0,23 |
33 |
3,167 |
359,6 |
1916,0 |
0,24 |
34 |
3,312 |
359,6 |
1929,0 |
0,25 |
35 |
3,394 |
361,1 |
1936,3 |
0,26 |
36 |
3,580 |
364,0 |
1953,0 |
0,28 |
37 |
3,704 |
364,0 |
1964,1 |
0,30 |
38 |
3,787 |
362,5 |
1971,5 |
0,31 |
39 |
3,911 |
359,6 |
1982,5 |
0,32 |
40 |
4,035 |
375,8 |
1993,6 |
0,34 |
41 |
4,138 |
434,8 |
2002,9 |
0,35 |
42 |
4,283 |
434,8 |
2015,8 |
0,36 |
43 |
4,407 |
437,8 |
2026,9 |
0,38 |
44 |
4,490 |
437,8 |
2034,3 |
0,39 |
45 |
4,634 |
439,2 |
2047,2 |
0,41 |
46 |
4,738 |
439,2 |
2056,5 |
0,42 |
47 |
4,841 |
434,8 |
2065,7 |
0,43 |
48 |
4,944 |
434,8 |
2074,9 |
0,44 |
49 |
5,006 |
431,9 |
2080,5 |
0,45 |
50 |
5,048 |
430,4 |
2084,2 |
0,45 |
51 |
5,130 |
428,9 |
2091,6 |
0,46 |
52 |
5,192 |
427,4 |
2097,1 |
0,47 |
53 |
5,234 |
426,0 |
2100,8 |
0,47 |
54 |
5,275 |
424,5 |
2104,5 |
0,48 |
55 |
5,337 |
421,5 |
2110,1 |
0,49 |
56 |
5,378 |
421,5 |
2113,8 |
0,49 |
57 |
5,440 |
418,6 |
2119,3 |
0,50 |
58 |
5,523 |
417,1 |
2126,7 |
0,51 |
59 |
5,564 |
415,6 |
2130,4 |
0,51 |
60 |
5,626 |
412,7 |
2135,9 |
0,52 |
61 |
5,688 |
412,7 |
2141,5 |
0,53 |
62 |
5,792 |
412,7 |
2150,7 |
0,54 |
63 |
5,895 |
409,7 |
2160,0 |
0,55 |
64 |
5,978 |
408,3 |
2167,4 |
0,56 |
65 |
6,060 |
405,3 |
2174,7 |
0,57 |
66 |
6,143 |
405,3 |
2182,1 |
0,58 |
67 |
6,226 |
402,4 |
2189,5 |
0,59 |
68 |
6,288 |
400,9 |
2195,1 |
0,60 |
69 |
6,350 |
400,9 |
2200,6 |
0,60 |
70 |
6,453 |
400,9 |
2209,9 |
0,61 |
7
|
|
450,0 |
|
|
|
|
|
|
|
430,0 |
|
|
|
|
|
|
|
410,0 |
|
|
|
|
|
|
|
390,0 |
|
|
|
|
|
C |
|
370,0 |
|
|
|
|
|
|
350,0 |
|
|
|
|
|
|
Tw, |
|
|
|
|
|
|
|
|
330,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
310,0 |
|
|
|
|
|
|
|
290,0 |
|
|
|
|
|
|
|
270,0 |
|
|
|
|
|
|
|
250,0 |
|
|
|
|
|
-0,20 |
-0,10 |
0,00 |
0,10 |
0,20 |
0,30 |
0,40 |
0,50 |
X
Рисунок 2 – График зависимости Tw(X)
Tw, C
500,0
450,0
400,0
350,0
300,0
250,0
200,0
150,0
1600,0 1700,0 1800,0 1900,0 2000,0 2100,0 2200,0
H, КДж/кг
Рисунок 3 – оцифрованная зависимость Tw(H)
8
2. Определение границ областей кипения
2.1. Начало кипения Для начала определим координату начала кипения:
|
|
|
|
|
|
|
= |
∙ вн |
= 361445, |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
= |
конв ∙ вн |
= 0,023 ∙ 0,8 ∙ 0,4 = 869, |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0,023 ∙ 0,8 ∙ 0,4 |
∙ |
|
|
= 23654, |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
конв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вн |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∙ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
= − |
|
|
|
|
|
|
|
= −0,3443 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
н.к. |
|
|
|
|
конв ∙ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Из следующего уравнения выведем z: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
∙ |
вн |
∙ ∙ = ∙ 0,25 ∙ ∙ 2 ∙ |
( − |
), |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вн |
|
вх |
|||||||
|
|
|
|
|
0,25 ∙ ∙ |
вн |
∙ ( |
|
− |
|
) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вх |
|
|
= −2,99 м, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где = |
′ + ∙ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.2. Режим развитого кипения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
′ ∙ |
∙ ( ′ − ′′) |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 7,27 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
0,15 |
|
||||||||
|
|
= −0,49 ∙ ( |
|
|
) |
|
|
∙ ∙ ( |
|
|
) |
= −0,102, |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
р.к. |
|
|
|
|
|
|
|
∙ |
|
|
|
|
|
|
|
|
кр |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
где кр = 22,4 Мпа.
Координату развитого кипения найдем из формулы (6).
р.к. = 0,22 м.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
9
2.3. Расчет гр
2.3.1. Расчет по формуле Сергеева В.В.
Первая формула Сергеева В.В.:
0 |
= 1 − 0,96 ∙ exp (− |
|
120 |
) , |
|
|
|||
гр |
|
√ ′′ |
||
|
|
|||
где ′ = 2∙ вн.∙ ′
гр0 = 0,3448
2.3.2. Расчет по формуле Конькова А.С.
1 1
гр0 . = 76,6 ∙ −8 ∙ −3 ∙ −0,07 ∙ exp(−0,00795 ∙ ) = 0,416 .
(9)
(10)
2.3.3. Расчет по скелетной таблице для граничных паросодержаний
Из таблицы при P = 16 МПа и = 2000 мкг2с, гр0 = 0,3. Данные соответствуют для трубы с d = 8 мм. Для пересчета для других труб используют следующее соотношение:
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0,008 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
гр |
|
= ( |
|
) , |
(11) |
|
|
|
|
|
|
0 |
(0,008) |
|
|||||||
|
|
|
|
|
гр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где = 1 ∙ 2. 1 |
и 2 выбираются из следующих условий: |
|
||||||||||||
|
|
|
|
0,15 |
|
|
|
|
при 0 (0,008) ≤ 0,85; |
|
||||
|
|
|
1 |
= {1 − 0 |
|
|
|
|
|
|
гр |
|
||
|
|
|
|
(0,008) при 0 (0,008) > 0,85, |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
гр |
|
|
|
|
|
гр |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
при ≥ 500 ; |
|
|||
|
|
|
|
= { |
3 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
( |
|
) |
|
при < 500. |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
500 |
|
|
|||||
Из этих условий получаем = 1 ∙ 0,15 = 0,15. Тогда: |
|
|||||||||||||
|
0,15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
= ( |
0,008 |
) ∙ 0,3 = 0,27. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
гр |
0,0149 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
10